一种立体叠铁芯轭柱等磁密结构及方法与流程

本发明涉及一种铁芯结构，具体为一种立体叠铁芯轭柱等磁密结构及方法。

背景技术：

立体叠铁芯是立体卷铁芯的一种改进结构，能够在满足立体卷铁芯所具有的全部性能前提下，降低产品制造过程中的工艺性能要求。立体叠铁芯在空间上完全对称，比平面叠铁芯产品更容易保证各项电磁参数。此种铁芯具有节材节能、三相磁路对称，励磁电流小，空载损耗低，谐波小和噪声低等特点。

如图1、2所示，立体叠铁芯磁路分析，空载损耗与铁芯所处磁场的磁通密度有关，故计算空载损耗首先要分析铁芯磁路。立体叠铁芯的每个芯柱由两个相同的边框组成，两边框间磁阻非常大，如图3所示，可以认为立体叠铁芯由三个具有相互独立的平面叠铁芯组成，而每相绕组的铁芯柱则由两个单框铁芯并联而成。在分析主磁通时，可以忽略空载损耗，并假设各相电流分别之后相应相电压90°，那么作用于叠铁芯轭上的励磁磁动势分别由两相电流共同产生，其激磁的叠铁芯磁通与磁动势相位相同。通过理论计算，叠铁芯的芯柱与轭的磁通密度不同，在计算铁芯空载损耗时，芯柱和轭应分开计算，否则计算得到的空载损耗值将明显小于实际值。

同时立体叠铁芯产品空载损耗值需要分别针对轭柱进行计算，计算过程繁琐。芯柱磁密取值bm的大小受立体铁芯铁轭磁密影响，芯柱磁密bm＝1.5t时，铁轭磁密bm＝1.73t。因硅钢片磁密特性决定芯柱磁密取值不能接近1.7t，影响产品的经济性。此种结构性质将严格限制变压器磁密的选取，当变压器的空载合闸，导致变压器空载合闸时，由于铁芯饱和，铁芯磁通瞬间增大时，合闸电流会超过额定空载电流，造成变压器损坏。

同时，如图4所示，立体叠铁芯起立后产品整体与地面接触面积较小，造成接地部分压强过大，导致部分铁芯变形，影响空载性能及产品制造过程的工艺稳定性。

技术实现要素：

针对现有技术中的立体叠铁芯结构严格限制变压器磁密的选取，导致合闸电流会超过额定空载电流，造成变压器损坏等不足，本发明要解决的问题是提供一种可降低了空载损耗计算的繁琐性、证产品的抗短路能力的立体叠铁芯轭柱等磁密结构及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种立体叠铁芯轭柱等磁密结构，包括三框铁芯、上铁轭、下铁轭及芯柱，根据所选取的变压器容量片型，加宽三框铁芯每框的上、下铁轭部分的片型，增加铁芯铁轭部分铁芯叠片数量；增加铁芯下铁轭截面积，大于芯柱截面积。

铁轭加宽为：调整各级铁轭片宽，调整比例为1.153。

铁芯柱与铁轭两端接缝位置，均采用铁芯错位叠片处的单边斜角加直角组合结构。

铁芯柱与铁轭两端接缝位置，一端为铁芯错位叠片处的单边斜角加直角组合结构，另一端为单边全斜角。

上铁轭上端采用铁轭压板，下铁轭着地部分采用铁芯垫脚。

芯柱截面为椭圆、长圆、圆以及方形。

本发明一种立体叠铁芯轭柱等磁密方法，包括以下步骤：

1)将三框铁芯的每框上下铁轭部分的片型根据所选取的变压器容量片型进行相关的技术铁轭加宽，降低铁轭磁密；

2)通过实际比例参数1.153逐级调整各级铁芯上铁轭片宽，保证铁芯上表面各级的水平度及平整度；

3)在铁芯下铁轭着地部分通过安装铁芯垫脚增加铁轭截面积，保证铁轭下端面的水平度及平整度；

4)铁芯柱与铁轭接缝位置两端中至少一端采用单边斜角加直角组合结构。

本发明还包括：同时增加线圈的轴向压紧力，保证产品的抗短路能力。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明对变压器磁密选取为柱轭等磁密选取，不再需要考虑轭磁密与芯柱磁密不相等的情况；空载损耗值计算时不需再分别计算轭柱每部分所产生的空载损耗值，降低了空载损耗计算的繁琐性。

2.本发明在铁芯上铁轭增加铁轭截面积，通过实际比例参数1.153调整各级铁轭片宽，保证铁芯上表面各级的水平度及平整度，解决了原立体叠铁芯上铁轭固定效果不理想的问题，同时增加线圈的轴向压紧力，保证产品的抗短路能力。

3.本发明铁芯下铁轭下端面因增加铁轭截面积，而保证断面的水平度及平整度，此种结构解决了原立体叠铁芯起立后产品整体与地面接触面积较小，造成接地部分压强过大，导致部分铁芯变形，影响空载性能及产品制造过程的工艺稳定性的问题。

4.本发明将铁芯柱与铁轭接缝位置由原来的斜角加外露直角部分变更为铁芯错位叠片时的单边斜角加直角部分和单边全斜角，此种结构能够减少漏磁，避免局部磁密超出硅钢片的磁饱和点，进而影响产品的空载损耗性能。此种叠片方式较传统的直角叠片形式在产品性能上更具有经济性，产品性能稳定。

5.本发明三相立体铁芯截面可以根据实际成本需要，设计成椭圆、长圆、圆及方形铁芯截面，因制造成本的需求，为满足国网抽检要求及提升抗短路能力，经济性结构为椭圆形结构，此种立体椭圆形结构能够满足产品性能与经济性的协调统一。

6.本发明采用椭圆形铁芯结构叠积片型布置按传统铁芯结构进行设计，能够提升产品的可操作性、工艺上的可行性。

7.本发明结构及方法适用于所有油浸式、干式变压器立体叠铁芯。

附图说明

图1为现有技术中三角形铁芯磁路示意图；

图2为现有技术中三角形铁芯矢量图；

图3为现有技术中立体叠铁芯铁轭片型图(一)；

图4为现有技术中立体叠铁芯铁轭片型图(二)；

图5为本发明中立体叠片铁芯片形图；

图6为传统立体铁芯拉紧形式示意图；

图7为本发明中上铁轭压紧形式示意图；

图8为本发明中下铁轭铁芯着地形式示意图；

图9为本发明中三相立体椭圆结构示意图；

图10为本发明中三相立体椭圆叠装示意图。

其中，1为夹件，2为铁芯内部压板，3为铁芯下部接地截面，4为铁轭压板，5为上铁轭，6为下铁轭，7为铁芯垫脚，8为叠装垫木。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

本发明一种轭柱等磁密立体叠铁芯结构，包括三框铁芯、上铁轭、下铁轭及芯柱，根据所选取的变压器容量片型，加宽三框铁芯每框的上、下铁轭5、6部分的片型，增加铁芯铁轭部分铁芯叠片数量；增加铁芯下铁轭6截面积，使之大于芯柱截面积。从而达到降低铁轭磁密，满足立体叠铁轭柱等磁密性能。

铁轭加宽为：调整各级铁轭片宽，调整比例为1.153。

如图5所示，铁芯柱与铁轭两端接缝位置，均采用铁芯错位叠片处的单边斜角加直角组合结构。

或者，如图6所示，铁芯柱与铁轭两端接缝位置，一端为铁芯错位叠片处的单边斜角加直角组合结构，另一端为单边全斜角。

如图7、8所示，上铁轭上端采用铁轭压板，下铁轭着地部分采用铁芯垫脚。

如图9、10所示，三相立体铁芯截面可以根据实际成本需要，设计成椭圆、长圆、圆及方形铁芯截面。因制造成本的需求，为满足国网抽检要求及提升抗短路能力，经济性结构为椭圆形结构，此种立体椭圆形结构能够满足产品性能与经济性的协调统一，椭圆形铁芯结构叠积片型布置按传统铁芯结构进行设计，能够提升产品的可操作性、工艺上的可行性。

本发明将立体叠铁芯芯柱与铁轭面积设计成不等面积形式，保证轭柱磁密相等。具体为将三框铁芯的每框上、下铁轭5、6部分的片型根据所选取的变压器容量片型进行相关的技术铁轭加宽。通过片型加宽改形达到铁轭磁密降低的目的，避免铁轭部分磁密增加导致相应空载损耗值增加。

按照本发明设计的结构，芯柱取值时，等比例增加铁轭截面积，降低单位磁密，保证轭柱磁密相等，避免产品设计时，磁密取值的限制性。

本发明一种立体叠铁芯轭柱等磁密方法，包括以下步骤：

1)将三框铁芯的每框上下铁轭部分的片型根据所选取的变压器容量片型进行相关的技术铁轭加宽，降低铁轭磁密；

2)通过实际比例参数1.153逐级调整各级铁芯上铁轭片宽，保证铁芯上表面各级的水平度及平整度；同时增加线圈的轴向压紧力，保证产品的抗短路能力。

3)在铁芯下铁轭着地部分通过安装铁芯垫脚增加铁轭截面积，保证铁轭下端面的水平度及平整度；

4)铁芯柱与铁轭接缝位置两端中至少一端采用单边斜角加直角组合结构。

步骤1)中，对变压器磁密选取，以柱轭等磁密选取，不再需要考虑轭磁密与芯柱磁密不相等的情况。空载损耗值计算不需再分别计算轭柱每部分所产生的空载损耗值，降低空载损耗计算的繁琐性。

步骤2)中，铁芯上铁轭因增加铁轭截面积，通过实际比例参数1.153调整各级铁轭片宽，保证铁芯上表面各级的水平度及平整度，解决原立体叠铁芯上铁轭固定效果不理想的问题。同时增加线圈的轴向压紧力，保证产品的抗短路能力。

步骤3)中，铁芯下铁轭下端面因安装了铁芯垫脚，增加铁轭截面积，而保证断面的水平度及平整度，此种结构解决原立体叠铁芯起立后产品整体与地面接触面积较小，造成接地部分压强过大，导致部分铁芯变形，影响空载性能及产品制造过程的工艺稳定性。

步骤4)中，将铁芯柱与铁轭接缝位置由原来的斜角部分变更为铁芯错位叠片时的单边斜角加直角部分，或者一端为单边斜角加直角部分、另一端为单边全斜角，此两种结构能够减少漏磁，避免局部磁密超出硅钢片的磁饱和点，进而影响产品的空载损耗性能。此种叠片方式较传统的直角叠片形式在产品性能上更具有经济行，产品性能稳定。